[4G&5G專題-46]：物理層-自適應編碼調制AMC與調制編碼方案(MCS, CQI, SINR, HARQ，Code Rate, efficiency）

目錄

第1章 物理層架構

1.1 物理層內部功能協議堆疊

1.2 5G NR下行選項A

1.3 5G NR下行選項B

1.4 NR的物理層資料處理程序概述

第2章 自適應編碼調制AMC

2.1 自適應編碼調制AMC概述

2.2 調制階數

2.3 什么編碼率Code Rate

2.4 什么是編碼效率efficiency

2.5 efficiency，Code Rate，調制階數關系

第3章 下行自適應編碼調制AMC的原理

3.1 下行自適應編碼調制AMC的“雙環”框架

3.1 內環控制

3.2 外環控制

第4章 上行自適應編碼調制AMC

4.1 上行自適應編碼調制AMC的“雙環”框架

4.2 內環控制

4.3 外環控制

第1章 物理層架構

對本節的注解：

本章節內容的作用在于：從宏觀感受物理層自適應編碼調制在整個物理層協議堆疊中的位置和作用，無需深究每個環節，主體內容從第2章節開始，

1.1 物理層內部功能協議堆疊

1.2 5G NR下行選項A

1.3 5G NR下行選項B

1.4 NR的物理層資料處理程序概述

（1）信道編碼與交織：處于計算機通信領域，這是計算機的底盤和擅長的地方，

（2）調制解調： 二進制序列到復指數子載波序列的映射程序，這是從計算機領域到數字信號處理DSP領域的跨越! 從計算機通信領域向數字無線通信領域的跨越！從此處開始進入數字信號處理領域！

（3）多天線技術的層映射

（4）擴頻預編碼（僅僅用于上行，可選）： 這是數字無線通信領域，在相同的頻率資源，由“單一”空間向"碼分"空間的跨越，

（5）多天線MIMO技術的預編碼：這是數字無線通信領域中，在相同的頻率資源，由“單一”空間向"分層"空間的跨越，

（6）無線資源映射RE mapping： 這是數字無線通信領域，這是由串行的時間域向并行的頻率域的跨越，

（7）數字波束賦形：這是數字無線通信領域中，相同的頻率資源，由“全向”空間向“波束區域”空間的跨越，

（8）OFDM變換（時域到頻域的轉換）：這是各個獨立的頻域子載波信號到時域信號的轉換，這是無線通信領域中，從頻域信號到時域信號的跨越！

（9）RF射頻調制：這是在無線通信領域中，由數字無線通信領域向模擬無線通信領域的跨越！！！

第2章 自適應編碼調制AMC

2.1 自適應編碼調制AMC概述

AMC（Adaptive Modulation and Coding，自適應調制編碼）是無線信道上采用的一種自適應的編碼、調制技術，通過調整無線鏈路傳輸的調制方式與編碼速率，來確保鏈路的傳輸質量，

自適應信道編碼技術：信道編碼就是通過插入大量的冗余位元來達到對傳輸資料的檢錯和糾錯，冗余位元越多，檢錯和糾錯的能力越強，自適應信道編碼就是根據信道的狀態，選擇不同的編碼技術，選擇添加不同長度的冗余技術，

自適應調制技術：調制是把二進制位元映射成特定的子載波的幅度和相位的程序，調制的階數越高，單個子載波傳遞的位元數就越多，在帶寬一定的情況下，傳輸的總的位元就越多，自適應調制技術就是根據信道的狀態，選擇不同的調制技術，

無線信道的質量是動態時變的，如何根據動態時變的無線信道的質量，動態的選擇物理信道的編碼方式和調制方式，這就是自適應調制編碼的關鍵，

當信道條件較差時，選擇較小的調制方式與編碼速率，

當信道條件較好時，選擇較大的調制方式，從而最大化了傳輸速率，

當編碼技術和除錯方式調制后，信道的質量也會得到相應的改善，

在AMC的調整程序中，系統總是希望傳輸的資料速率與信道變化的趨勢一致，從而最大化地利用無線信道的傳輸能力，

類比：我們小的時候，幾個小孩幫大人搬貨，體格壯的孩子，家長讓搬的東西大一點、重一點；體格弱一點的孩子，家長就給分配輕一點、小一點的東西，能者多勞，弱者就多保護一下，無線信道傳送資料也是如此，能者多勞，信道質量好了就多運一些資料；信道質量不好，就少運一些，

LTE和NR系統中，在進行AMC的控制程序中，對上行和下行有著不同的實作方法，

注意：無論是上行，還是下行，編碼、調制方式的選擇，都是由基站根據信道的質量來決定的，而不是終端決定的，

關于無線信道相關的引數，請參考：

《[4G&5G專題-42]：物理層-無線信道的特征,RSRP、SNR、BLER、MCS、CSI、CQI、SI、PMI》

https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/113979448

2.2 調制階數

調制階數用于計算碼型每個符號（碼元）所能代表的位元數，例如BPSK，QPSK，8QAM，16QAM，32QAM，64QAM, 128QAM, 256QAM, 512QAM, 1024QAM等.

BPSK: 1bit

QPSK: 2bits

8QAM：3bits

16QAM：4bits

32QAM：5bits

64QAM：6bits

128QAM：7bits

256QAM：8bits

512QAM：9bits

1024QAM：10bits

2.3 什么編碼率Code Rate

CodeRate = (TBSize +CRC)/( Bits number after RateMatching)， 編碼后的位元中包含有效資訊的比率，如

1/3編碼，表示3個編碼后的位元中，包含1個有效位元；

1/4編碼，表示4個編碼后的位元中，包含1個有效位元；

編碼率越低，包含的冗余資訊越多，糾錯的能力越強，抗干擾的能力越強，傳輸的有效資料越小，

2.4 什么是編碼效率efficiency

efficiency = (CodeRate) * 調制階數，

表示單個子載波能夠承載的有效位元（不包括冗余資訊）的位數，

2.5 efficiency，Code Rate，調制階數關系

（1）CodeRate * 1024表示：在當前信道中傳輸1024位元時，有效資訊的位元個數，不包括冗余資訊，

（2）調制階數越低，選用的code Rate越低，抗干擾越強，但傳送的位元越少，

（3）調制階數越高，選用的code Rate越高，抗干擾越弱，對信道質量的要求越高，但傳送的位元越多，

第3章 下行自適應編碼調制AMC的原理

3.1 下行自適應編碼調制AMC的“雙環”框架

前面說過，無論是上行，還是下行，編碼、調制方式的選擇，都是由基站根據信道的質量來決定的，而不是終端決定的，

在下行方向，編碼調制方式的的選擇采用兩個控制環來實作，

一個是內環：基站根據終端對解調參考信號DMRS的測量值CQI的上報，來推測信道的質量，

一個是外環：基站根據終端接收到的下行資料的ACK/NACK的應答，來推測信道的質量 ，

注解:

CQI-Channel Quality Indication，信道質量指示，CQI由UE測量所得，因此，CQI一般指的是下行信道質量，

混合自動重傳請求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ），是一種將前向糾錯編碼（FEC）和自動重傳請求（ARQ）相結合而形成的技術，

BLER（block error rate），即誤塊率，是出錯的塊在所有發送的塊中所占的百分比.

3.1 內環控制

內環控制控制取決于終端上報的CQI值，

CQI（channel quality indiation）是信道質量的等級值，由終端上報給基站，終端是根據信道的測量解調參考信號DMRS得到的，這也是DMRS稱為解調參考信號的根本原因！！

基站根據收到的CQI等級索引值，進行查表，找到對應的除錯方式和編碼率以及編碼效率，動態的選擇調制編碼方案，前者用于調制與解調，后兩者用于物理層信道編碼，

在上圖中，有兩個不同的編碼表：一個是終端支持的最高階的除錯方式64-QAM，另一個是終端支持的最高階的除錯方式256-QAM，

從表格可以也可以看出，CQI是信道質量的等級值，而不是絕對值，相同的CQI，在不同的表格中，對應的調制階數可能是不一樣的，如CQI=15是，前者是64QAM除錯，后者是256QAM調制，

實際上，基站有多張表格，每個表格代表了終端支持的最高階的除錯方式的一種，如64QAM, 128QAM, 256QAM, 512QAM, 1024QAM.

3.2 外環控制

外環控制是基站根據下行資料的HARQ的肯定或否定應答、以及目標的資料塊的誤碼率BLER的要求，動態的主動的提升CQI或降低CQI的等級值，最大化地利用無線信道的傳輸能力，

如果收到的HARQ應答是ACK, 表明按照當前的信道編碼和除錯方式，資料能夠被正確的接收，且塊誤碼率BLER也是符合要求的，此時就可以嘗試性的提升CQI的等級值，

如果收到的HARQ應答是NACK, 按照當前的信道編碼和除錯方式，資料不能夠被正確的接收，或者塊誤碼率BLER不符合要求的，誤碼率太大，此時就可以嘗試性的降低CQI的等級值，

這就是自適應編碼調制AMC的外環控制！！！

第4章 上行自適應編碼調制AMC

4.1 上行自適應編碼調制AMC的“雙環”框架

前面說過，無論是上行，還是下行，編碼、調制方式的選擇，都是由基站根據信道的質量來決定的，而不是終端決定的，

在上行方向，編碼調制方式的的選擇也采用兩個控制環來實作，大體框架與下行基本一致，具體實作時有一些差異，

一個是內環：與下行不同，基站可以直接測量信道的質量，而不需要依賴終端上報的下行CQI, 在這里基站根據測量得到的信噪比SNR，來推測信道的質量 ，

一個是外環：基站根據終端接收到的下行資料的ACK/NACK的應答，來推測信道的質量 ，

注：

SINR/SNR：信號與干擾加噪聲比 （Signal to Interference plus Noise Ratio）是指接收到的有用信號的強度與接收到的干擾信號（噪聲和干擾）的強度的比值；可以簡單的理解為“信噪比”，

混合自動重傳請求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ），是一種將前向糾錯編碼（FEC）和自動重傳請求（ARQ）相結合而形成的技術，

BLER（block error rate），即誤塊率，是出錯的塊在所有發送的塊中所占的百分比，

4.2 內環控制

內環控制控制取決于基站自身對信道的信噪比SNR的測量，因為上下沒有終端上報的CQI.

基站根據SNR，經過計算，得到MCS索引，然后進行查表，找到對應的除錯方式和編碼率以及編碼效率，動態的選擇調制編碼方案，前者用于調制與解調，后兩者用于物理層信道編碼，

調制編碼方案（MCS，Modulation and Coding Scheme），

4.3 外環控制

與下行基本相同，

外環控制是基站根據上行資料的HARQ的肯定或否定應答、以及目標的資料塊的誤碼率BLER的要求，動態的、主動的、提升外環控制的輸出因子OLLA Offset，通過OLLA Offset，對內環控制進行干預，

如果收到的HARQ應答是ACK, 表明按照當前的信道編碼和除錯方式，資料能夠被正確的接收，且塊誤碼率BLER也是符合要求的，此時就可以嘗試性的提升環控制的輸出因子OLLA Offset，

如果收到的HARQ應答是NACK, 按照當前的信道編碼和除錯方式，資料不能夠被正確的接收，或者塊誤碼率BLER不符合要求的，誤碼率太大，此時就可以嘗試性的降低環控制的輸出因子OLLA Offset，

這就是自適應編碼調制AMC的外環控制！！！

其他參考：

https://blog.csdn.net/ldj1208/article/details/49592173